Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Кернеулік күштер мен зиянды ортаның әсерінен ерте бұзылудың жалпы атауы
Generic name for premature failure under the influence of tensile stresses and harmful environments
Материалдар ғылымында, қоршаған ортаның тудырған сынығы немесе ортаның көмегімен жасалған сынық – металдар мен қорытпалар, композиттер, пластиктер және керамика сияқты материалдардың кернеулік күштер мен зиянды ортаның әсерінен ерте бұзылуының жалпы атауы. Металдар мен қорытпалар кернеулік коррозияның жарылуы, сутегімен әсер етуден сыну, сұйық металдың әсерінен сыну және коррозиялық шаршау сияқты құбылыстарды көрсетеді, бәрі де осы санатқа жатады. Ылғалды ауа, теңіз суы, коррозиялық сұйықтықтар мен газдар сияқты орталар қоршаған ортаның тудырған сынықтарға себеп болады. Металл матрицалы композиттер де осы процестердің көпшілігіне сезімтал. Пластиктер мен пластик негізіндегі композиттер органикалық сұйықтықтарға және басқа да коррозиялық орталарға, мысалы қышқылдар мен сілтілерге ұшырағанда ісінуге, қабаттарын жоғалтуға және беріктігін жоғалтуға ұшырауы мүмкін. Кернеулік күштер мен ортаның әсерінен көптеген құрылымдық материалдар, әсіресе жоғары қатысты беріктігі бар материалдар, нашарлап, сынуға төзімділігін жоғалтады. Олардың сыну беріктігі өзгермесе де, жарықтардың таралуына қатысты шекті кернеулік қарқындылық коэффициенті айтарлықтай төмендеуі мүмкін. Осының салдарынан, олар сынудан кейін ерте сынуға бейім болады. Бұл мақала жоғарыда аталған әртүрлі бұзылу процестеріне қысқаша шолу жасауды мақсат етеді.
In materials science, environmental stress fracture or environment assisted fracture is the generic name given to premature failure under the influence of tensile stresses and harmful environments of materials such as metals and alloys, composites, plastics and ceramics. Metals and alloys exhibit phenomena such as stress corrosion cracking, hydrogen embrittlement, liquid metal embrittlement and corrosion fatigue all coming under this category. Environments such as moist air, sea water and corrosive liquids and gases cause environmental stress fracture. Metal matrix composites are also susceptible to many of these processes. Plastics and plastic based composites may suffer swelling, debonding and loss of strength when exposed to organic fluids and other corrosive environments, such as acids and alkalies. Under the influence of stress and environment, many structural materials, particularly the high specific strength ones become brittle and lose their resistance to fracture. While their fracture toughness remains unaltered, their threshold stress intensity factor for crack propagation may be considerably lowered. Consequently, they become prone to premature fracture because of sub critical crack growth. This article aims to give a brief overview of the various degradation processes mentioned above.
Кернеу коррозиясы арқылы жарылу
Кернеулік коррозияның жарылуы – коррозия мен созылатын кернеудің бірлескен әрекеті нәтижесінде, әдетте серпімді материалдардың қалыпты жағдайдан төменгі деңгейдегі кернеуде сындыру құбылысы. Кернеулік коррозия жарылуы кезінде материал коррозиялық ортамен көп шабуылданбайды (жалпы коррозия болмайды, тек жергілікті коррозия ғана болады), бірақ оның ішінде жіңішке жарықтар пайда болады. Бұл процесс материалды пайдалануға елеулі әсер етеді, себебі коррозиялық ортада қолданылатын қауіпсіз кернеу деңгейлері күрт төмендейді. Маусымдық жарылу және сілтілік әсер – мыс оқ-дәрі қабықшаларының және тиісінше, болат қазандықтардың жұмыс істеу қабілетіне әсер еткен екі кернеулік коррозия процесі.
Stress corrosion cracking is a phenomenon where a synergistic action of corrosion and tensile stress leads to brittle fracture of normally ductile materials at generally lower stress levels. During stress corrosion cracking, the material is relatively unattacked by the corrosive agent (no general corrosion, only localized corrosion), but fine cracks form within it. This process has serious implications on the utilisation of the material because the applicable safe stress levels are drastically reduced in the corrosive medium. Season cracking and caustic embrittlement are two stress corrosion cracking processes which affected the serviceability of brass cartridge cases and riveted steel boilers respectively.
Сутегінің сынығып кетуі
Кейбір металл материалдардың ішіндегі шағын мөлшердегі сутек, оларды қатты әрі кернеу кезінде сынықтардың өсуіне осал етеді. Сутектік әсер ету электрожабын процестерінің жанама салдары ретінде туындауы мүмкін. Материалға сутек жабылдау, тазарту, фосфаттау, балқыту, құю немесе дәнекерлеу кезінде сіңірілуі мүмкін. Жылдамды ортада пайда болатын коррозия сутекті бөліп шығарады, оның бір бөлігі металға атомдық сутек (H•) түрінде өтіп, оны әлсіретуі мүмкін. Металдың зақымдануы үшін ішкі немесе сырттан қолданылатын созу кернеуінің болуы қажет. Кернеулі коррозия жарылуы сияқты, сутектік әсер ету де жарықтардың таралуының шекті кернеулік қарқындылығы коэффициентінің төмендеуіне немесе материалдың сынықтардың өсу жылдамдығының артуына алып келуі мүмкін. Материалдардағы сутектің ең байқалатын әсері – созу сынақтары кезінде пластикалық деформацияның күрт төмендеуі. Ол материалдың беріктігін арттыруы, азайтуы немесе өзгертусіз қалдыруы мүмкін. Сутек ниобий, никель және кейбір болаттар сияқты металдарда тісті тәрізді деформацияны тудыруы мүмкін (3).
Small quantities of hydrogen present inside certain metallic materials make the latter brittle and susceptible to sub critical crack growth under stress. Hydrogen embrittlement may occur as a side effect of electroplating processes. Delayed failure is the fracture of a component under stress after an elapsed time, is a characteristic feature of hydrogen embrittlement (2). Hydrogen entry into the material may be effected during plating, pickling, phosphating, melting, casting or welding. Corrosion during service in moist environments generates hydrogen, part of which may enter the metal as atomic hydrogen (H•) and cause embrittlement. Presence of a tensile stress, either inherent or externally applied, is necessary for metals to be damaged. As in the case of stress corrosion cracking, hydrogen embrittlement may also lead to a decrease in the threshold stress intensity factor for crack propagation or an increase in the sub critical crack growth velocity of the material. The most visible effect of hydrogen in materials is a drastic reduction in ductility during tensile tests. It may increase, decrease or leave unaffected the yield strength of the material. Hydrogen may also cause serrated yielding in certain metals such as niobium, nickel and some steels (3).
Кейс-студиялар
1967 жылы Батыс Вирджиния штатындағы Silver Bridge көпірінің құлауы, стресс коррозиясынан туған ең ауыр апаттардың бірі болды. Тот басудан пайда болған бір жалғыз, жұқа жарық сынық күшті қарқынға жеткенше өсті. Жарық аспалы тізбектің байлаушы буындарының бірінде пайда болды, соның салдарынан тұтас конструкция артық жүктемеден жылдам бұзылды. Оқиға ушығып, бір минуттан да аз уақыт ішінде көпірдің барлығы жойылып, сол кезде көпірде болған 46 жүргізуші мен жолаушы қаза тапты.
One of the worst disasters caused by stress corrosion cracking was the fall of the Silver Bridge, WV in 1967, when a single brittle crack formed by rusting grew to criticality. The crack was on one of the tie bar links of one of the suspension chains, and the whole joint failed quickly by overload. The event escalated and the whole bridge disappeared in less than a minute, killing 46 drivers or passengers on the bridge at the time.